最近，基于某些原因和需要，筆者需要去了解一下Crypto++庫，然后對一些數據進行一些加密解密的操作。
筆者之前沒接觸過任何加密解密方面的知識（當然，把每個字符的ASCII值加1之流對明文進行加密的“趣事”還是干過的，當時還很樂在其中。），甚至一開始連Crypto++的名字都沒有聽過，被BS了之后，就開始了Crypto++的入門探索過程。
最初，大概知道了要了解兩大類算法中的幾個算法——對稱加密算法：DES、AES（后來因為人品好的緣故也了解了下非對稱加密算法RSA，后文會詳述何謂“人品好”）；散列算法（需要通過Hash運算）：SHA-256。
起初，筆者以為這樣的知名算法在網上應該有很多現成的例子。筆者比較懶，對于自己不熟悉的東西，總希望找捷徑，直接找別人現（在已經寫）成可（編譯運）行的代碼然后施展ctrl + C，ctrl + V算法（咳，什么算法，是大法！！！）。
However，發覺網上的例子不是稀缺，就是只有代碼沒有解釋。筆者覺得很難忍受這樣的“莫名其妙”（奇怪的是筆者容忍了windows了，盡管它不開源），遂決定從零開始……
……寫在代碼前……
如果之前像筆者一樣沒相關經驗——完全沒接觸過加密解密——，請務必閱讀下文。
一些前期工作——編譯cryptlib并使其可用：
本文不涉及這部分內容，因為已經有相對完善的資料：
http://www.cnblogs.com/cxun/archive/2008/07/30/743541.html
總結了一點預備知識：
關于幾個算法的介紹，網上各大百科都有，筆者不再詳細Ctrl+C/V了。不過在寫代碼之前，即使復制修改人家代碼之前，也有必要了解一下幾個算法（除了名稱之外）的使用流程（不是算法具體的實現，汗！）。
對稱加密：（AES、DES）
相對于與非對稱加密而言，加密、解密用的密匙相同。就像日常生活中的鑰匙，開門和鎖門都是同一把。
詳見：http://baike.baidu.com/view/119320.htm
非對稱加密：（RSA）
相對于上述的對稱加密而言，加密、解密用的密匙不同，有公匙和私匙之分。
詳見：http://baike.baidu.com/view/554866.htm
散列算法：（SHA系列，我們熟悉的MD5等）
用途：驗證信息有沒有被修改。
原理：對長度大的信息進行提煉（通過一個Hash函數），提煉過后的信息長度小很多，得到的是一個固定長度的值（Hash值）。對于兩個信息量很大的文件通過比較這兩個值，就知道這兩個文件是否完全一致（另外一個文件有沒有被修改）。從而避免了把兩個文件中的信息進行逐字逐句的比對，減少時間開銷。
形象地描述：鬼泣3里面維吉爾跟但丁除了發型之外都很像。怎么區分兩個雙生子？比較他們的DNA就好比是比較信息量很大的文件，然而直接看發型就好比是看Hash值。一眼就看出來了。
注：以上是筆者對幾個概念的，非常不嚴格的，非常主觀的，概括的描述，想要詳細了解，可以：
http://wenku.baidu.com/view/4fb8e0791711cc7931b716aa.html
幾個算法的介紹，選擇，比較。
……Code speaking……
平臺：WindowsXP
IDE以及工具：Visual Studio 2008 + Visual Assist
庫版本：Crypto++ 5.6.0
庫的文檔（包括類和函數的接口列表）：
http://www.cryptopp.com/docs/ref/index.html
對稱加密算法：
DES：
一開始筆者并沒有找到關于DES運用的很好的例程，或者說，筆者的搜索功力薄弱，未能找到非常完整的例程吧。
http://bbs.pediy.com/showthread.php?p=745389
筆者以下的代碼主要是參考上面URL的論壇回帖，但是作了些修改：
1
#include <iostream>
2#include <des.h>
3
4#pragma comment( lib, "cryptlib.lib" )
5
6using namespace std;
7using namespace CryptoPP;
8
9int main( void )
10
{
11
//主要是打印一些基本信息，方便調試：
12 cout << "DES Parameters: " << endl;
13 cout << "Algorithm name : " << DES::StaticAlgorithmName() << endl;
14
15 unsigned char key[ DES::DEFAULT_KEYLENGTH ];
16 unsigned char input[ DES::BLOCKSIZE ] = "12345";
17 unsigned char output[ DES::BLOCKSIZE ];
18 unsigned char txt[ DES::BLOCKSIZE ];
19
20 cout << "input is: " << input << endl;
21
22 //可以理解成首先構造一個加密器
23 DESEncryption encryption_DES;
24
25 //回憶一下之前的背景，對稱加密算法需要一個密匙。加密和解密都會用到。
26 //因此，設置密匙。
27 encryption_DES.SetKey( key, DES::KEYLENGTH );
28 //進行加密
29 encryption_DES.ProcessBlock( input, output );
30
31 //顯示結果
32 //for和for之后的cout可有可無，主要為了運行的時候看加密結果
33 //把字符串的長度寫成一個常量其實并不被推薦。
34 //不過筆者事先知道字符串長，為了方便調試，就直接寫下。
35 //這里主要是把output也就是加密后的內容，以十六進制的整數形式輸出。
36 for( int i = 0; i < 5; i++ )
37
{
38 cout << hex << (int)output[ i ] << ends;
39
}
40 cout << endl;
41
42 //構造一個加密器
43 DESDecryption decryption_DES;
44
45 //由于對稱加密算法的加密和解密都是同一個密匙，
46 //因此解密的時候設置的密匙也是剛才在加密時設置好的key
47 decryption_DES.SetKey( key, DES::KEYLENGTH );
48 //進行解密，把結果寫到txt中
49 //decryption_DES.ProcessAndXorBlock( output, xorBlock, txt );
50 decryption_DES.ProcessBlock( output, txt );
51
52 //以上，加密，解密還原過程已經結束了。以下是為了驗證：
53 //加密前的明文和解密后的譯文是否相等。
54 if ( memcmp( input, txt, 5 ) != 0 )
55 {
56 cerr << "DES Encryption/decryption failed.\n";
57 abort();
58 }
59 cout << "DES Encryption/decryption succeeded.\n";
60
61 return 0;
62
}
63
回想一下以上代碼的編寫過程，就可以發現，進行DES加密，流程大概是：
數據準備；
構造加密器；
設置加密密匙；
加密數據；
顯示（非必要）；
設置解密密匙（跟加密密匙是同一個key）；
解密數據；
驗證與顯示（非必要）；
由此可見，主要函數的調用流程就是這樣。但是文檔沒有詳細講，筆者當時打開下載回來的源文件時，就傻了眼。
猜想：
AES和以后的算法，是不是都是按照這些基本的套路呢？
AES：
在實際運用的時候，從代碼上看，AES跟DES非常相像。但是值得注意一點的是，AES取代了DES成為21世紀的加密標準。是因為以其密匙長度和高安全性獲得了先天優勢。雖然界面上看上去沒多大區別，但是破解難度遠遠大于DES。詳細情況，在之前的URL有提及過。
很幸運，筆者很快就找到了AES的使用例程，而且很詳細：
http://dev.firnow.com/course/3_program/c++/cppsl/2008827/138033.html
1#include <iostream>
2#include <aes.h>
3
4#pragma comment( lib, "cryptlib.lib" )
5
6using namespace std;
7using namespace CryptoPP;
8
9int main()
10{
11
12 //AES中使用的固定參數是以類AES中定義的enum數據類型出現的，而不是成員函數或變量
13 //因此需要用::符號來索引
14 cout << "AES Parameters: " << endl;
15 cout << "Algorithm name : " << AES::StaticAlgorithmName() << endl;
16
17 //Crypto++庫中一般用字節數來表示長度，而不是常用的字節數
18 cout << "Block size : " << AES::BLOCKSIZE * 8 << endl;
19 cout << "Min key length : " << AES::MIN_KEYLENGTH * 8 << endl;
20 cout << "Max key length : " << AES::MAX_KEYLENGTH * 8 << endl;
21
22 //AES中只包含一些固定的數據，而加密解密的功能由AESEncryption和AESDecryption來完成
23 //加密過程
24 AESEncryption aesEncryptor; //加密器
25
26 unsigned char aesKey[AES::DEFAULT_KEYLENGTH]; //密鑰
27 unsigned char inBlock[AES::BLOCKSIZE] = "123456789"; //要加密的數據塊
28 unsigned char outBlock[AES::BLOCKSIZE]; //加密后的密文塊
29 unsigned char xorBlock[AES::BLOCKSIZE]; //必須設定為全零
30
31 memset( xorBlock, 0, AES::BLOCKSIZE ); //置零
32
33 aesEncryptor.SetKey( aesKey, AES::DEFAULT_KEYLENGTH ); //設定加密密鑰
34 aesEncryptor.ProcessAndXorBlock( inBlock, xorBlock, outBlock ); //加密
35
36 //以16進制顯示加密后的數據
37 for( int i=0; i<16; i++ ) {
38 cout << hex << (int)outBlock[i] << " ";
39 }
40 cout << endl;
41
42 //解密
43 AESDecryption aesDecryptor;
44 unsigned char plainText[AES::BLOCKSIZE];
45
46 aesDecryptor.SetKey( aesKey, AES::DEFAULT_KEYLENGTH );
47 //細心的朋友注意到這里的函數不是之前在DES中出現過的：ProcessBlock，
48 //而是多了一個Xor。其實，ProcessAndXorBlock也有DES版本。用法跟AES版本差不多。
49 //筆者分別在兩份代碼中列出這兩個函數，有興趣的朋友可以自己研究一下有何差異。
50 aesDecryptor.ProcessAndXorBlock( outBlock, xorBlock, plainText );
51
52
53 for( int i=0; i<16; i++ )
54 {
55 cout << plainText[i];
56 }
57 cout << endl;
58
59 return 0;
60}
61
62
其實來到這里，都可以發現，加密解密的套路也差不多，至于之后筆者在誤打誤撞中找到的RSA，也只不過是在設置密匙的時候多了私匙和公匙的區別而已。筆者總覺得，有完整的例程對照學習，是一件很幸福的事情。
非對稱加密算法：
RSA：
小背景：
其實，筆者在一開始并沒有接到“了解RSA”的要求。不過由于筆者很粗心，在看AES的時候只記得A和S兩個字母，Google的時候就誤打誤撞Google了一個RSA。其實RSA方面的資料還是挺多的，因此它事實上是筆者第一個編譯運行成功的Crypto++庫中算法的應用實例。
http://www.cnblogs.com/cxun/archive/2008/07/30/743541.html
以下代碼主要是按照上述URL中提供的代碼寫成的，作為筆者的第一份有效學習資料，筆者認為作為調用者的我們，不用清楚算法實現的細節。只需要明白幾個主要函數的功用和調用的次序即可。
由以下代碼可以看出，其實RSA也離不開：數據準備、設置密匙（注意，有公匙和私匙）、加密解密這樣的套路。至于如何產生密匙，有興趣的朋友可以到Crypto++的主頁上下載源文件研究。作為入門和了解階段，筆者覺得：只需要用起來即可。
1//version at Crypto++ 5.60
2#include "randpool.h"
3#include "rsa.h"
4#include "hex.h"
5#include "files.h"
6#include <iostream>
7
8using namespace std;
9using namespace CryptoPP;
10
11#pragma comment(lib, "cryptlib.lib")
12
13
14//------------------------
15
16// 函數聲明
17
18//------------------------
19
20void GenerateRSAKey( unsigned int keyLength, const char *privFilename, const char *pubFilename, const char *seed );
21string RSAEncryptString( const char *pubFilename, const char *seed, const char *message );
22string RSADecryptString( const char *privFilename, const char *ciphertext );
23RandomPool & GlobalRNG();
24
25//------------------------
26// 主程序
27//------------------------
28
29void main( void )
30
31{
32 char priKey[ 128 ] = { 0 };
33 char pubKey[ 128 ] = { 0 };
34 char seed[ 1024 ] = { 0 };
35
36 // 生成 RSA 密鑰對
37 strcpy( priKey, "pri" ); // 生成的私鑰文件
38 strcpy( pubKey, "pub" ); // 生成的公鑰文件
39 strcpy( seed, "seed" );
40 GenerateRSAKey( 1024, priKey, pubKey, seed );
41
42 // RSA 加解密
43 char message[ 1024 ] = { 0 };
44 cout<< "Origin Text:\t" << "Hello World!" << endl << endl;
45 strcpy( message, "Hello World!" );
46 string encryptedText = RSAEncryptString( pubKey, seed, message ); // RSA 公匙加密
47 cout<<"Encrypted Text:\t"<< encryptedText << endl << endl;
48 string decryptedText = RSADecryptString( priKey, encryptedText.c_str() ); // RSA 私匙解密
49}
50
51
52
53//------------------------
54
55// 生成RSA密鑰對
56
57//------------------------
58
59void GenerateRSAKey(unsigned int keyLength, const char *privFilename, const char *pubFilename, const char *seed)
60{
61 RandomPool randPool;
62 randPool.Put((byte *)seed, strlen(seed));
63
64 RSAES_OAEP_SHA_Decryptor priv(randPool, keyLength);
65 HexEncoder privFile(new FileSink(privFilename));
66
67 priv.DEREncode(privFile);
68 privFile.MessageEnd();
69
70 RSAES_OAEP_SHA_Encryptor pub(priv);
71 HexEncoder pubFile(new FileSink(pubFilename));
72 pub.DEREncode(pubFile);
73
74 pubFile.MessageEnd();
75
76 return ；
77}
78
79
80
81//------------------------
82
83// RSA加密
84
85//------------------------
86
87string RSAEncryptString( const char *pubFilename, const char *seed, const char *message )
88{
89 FileSource pubFile( pubFilename, true, new HexDecoder );
90 RSAES_OAEP_SHA_Encryptor pub( pubFile );
91
92 RandomPool randPool;
93 randPool.Put( (byte *)seed, strlen(seed) );
94
95 string result;
96 StringSource( message, true, new PK_EncryptorFilter(randPool, pub, new HexEncoder(new StringSink(result))) );
97
98 return result;
99}
100
101
102
103//------------------------
104// RSA解密
105//------------------------
106
107string RSADecryptString( const char *privFilename, const char *ciphertext )
108{
109 FileSource privFile( privFilename, true, new HexDecoder );
110 RSAES_OAEP_SHA_Decryptor priv(privFile);
111
112 string result;
113 StringSource( ciphertext, true, new HexDecoder(new PK_DecryptorFilter(GlobalRNG(), priv, new StringSink(result))) );
114
115 return result;
116}
117
118
119
120//------------------------
121
122// 定義全局的隨機數池
123
124//------------------------
125
126RandomPool & GlobalRNG()
127{
128 static RandomPool randomPool;
129 return randomPool;
130}
131
132
散列算法：
SHA-256
SHA-256主要是用來求一大段信息的Hash值，跟之前三個用于加密、解密的算法有所不同。用到SHA的場合，多半是為了校驗文件。
筆者的參考資料：http://hi.baidu.com/magic475/blog/item/19b37a8c1fa15a14b21bbaeb.html
請注意，筆者在實現的時候，稍微修改了一下兩個子函數的實現，以滿足筆者的需求。因此會與上述URL中的代碼有差異。
1//http://hi.baidu.com/magic475/blog/item/19b37a8c1fa15a14b21bbaeb.html
2#include <iostream>
3#include <string.h>
4
5#include "sha.h"
6#include "secblock.h"
7#include "modes.h"
8#include "hex.h"
9
10#pragma comment( lib, "cryptlib.lib")
11
12using namespace std;
13using namespace CryptoPP;
14
15void CalculateDigest(string &Digest, const string &Message);
16bool VerifyDigest(const string &Digest, const string &Message);
17
18int main( void )
19{
20 //main函數中注釋掉的，關于strMessage2的代碼，其實是筆者模擬了一下
21 //通過求Hash值來對“大”量數據進行校驗的這個功能的運用。
22 //注釋之后并不影響這段代碼表達的思想和流程。
23 string strMessage( "Hello world" );
24 string strDigest;
25 //string strMessage2( "hello world" ); //只是第一個字母不同
26 //string strDigest2;
27
28 CalculateDigest( strDigest, strMessage ); //計算Hash值并打印一些debug信息
29 cout << "the size of Digest is: " << strDigest.size() << endl;
30 cout << "Digest is: " << strDigest << endl;
31
32 //CalculateDigest( strDigest2, strMessage2 );
33 //why put this function here will affect the Verify function?
34 //作者在寫代碼的過程中遇到的上述問題。
35 //如果把這行代碼的注釋取消，那么之后的運行結果就不是預料中的一樣：
36 //即使strDigest也無法對應strMessage，筆者不知道為什么，希望高手指出，謝謝！
37
38 bool bIsSuccess = false;
39 bIsSuccess = VerifyDigest( strDigest, strMessage );
40 //通過校驗，看看strDigest是否對應原來的message
41 if( bIsSuccess )
42 {
43 cout << "sussessive verify" << endl;
44 cout << "origin string is: " << strMessage << endl << endl;
45 }
46 else
47 {
48 cout << "fail!" << endl;
49 }
50
51 //通過strDigest2與strMessage進行校驗，要是相等，
52 //就證明strDigest2是對應的strMessage2跟strMessage1相等。
53 //否則，像這個程序中的例子一樣，兩個message是不相等的
54 /*CalculateDigest( strDigest2, strMessage2 );
55 bIsSuccess = VerifyDigest( strDigest2, strMessage );
56 if( !bIsSuccess )
57 {
58 cout << "success! the tiny modification is discovered~" << endl;
59 cout << "the origin message is: \n" << strMessage << endl;
60 cout << "after modify is: \n" << strMessage2 << endl;
61 }*/
62 return 0;
63}
64
65
66//基于某些原因，以下兩個子函數的實現跟原來參考代碼中的實現有所區別,
67//詳細原因，筆者在CalculateDigest函數的注釋中寫明
68void CalculateDigest(string &Digest, const string &Message)
69{
70 SHA256 sha256;
71 int DigestSize = sha256.DigestSize();
72 char* byDigest;
73 char* strDigest;
74
75 byDigest = new char[ DigestSize ];
76 strDigest = new char[ DigestSize * 2 + 1 ];
77
78 sha256.CalculateDigest((byte*)byDigest, (const byte *)Message.c_str(), Message.size());
79 memset(strDigest, 0, sizeof(strDigest));
80 //uCharToHex(strDigest, byDigest, DigestSize);
81 //參考的代碼中有以上這么一行，但是貌似不是什么庫函數。
82 //原作者大概是想把Hash值轉換成16進制數保存到一個string buffer中，
83 //然后在主程序中輸出，方便debug的時候對照查看。
84 //但是這并不影響計算Hash值的行為。
85 //因此筆者注釋掉了這行代碼，并且修改了一下這個函數和后面的VerifyDigest函數，
86 //略去原作者這部分的意圖，繼續我們的程序執行。
87
88 Digest = byDigest;
89
90 delete []byDigest;
91 byDigest = NULL;
92 delete []strDigest;
93 strDigest = NULL;
94
95 return;
96}
97
98bool VerifyDigest(const string &Digest, const string &Message)
99{
100 bool Result;
101 SHA256 sha256;
102 char* byDigest;
103
104 byDigest = new char[ sha256.DigestSize() ];
105 strcpy( byDigest, Digest.c_str() );
106
107 //HexTouChar(byDigest, Digest.c_str(), Digest.size());
108 //為何注釋掉，請參看CalculateDigest函數的注釋
109 Result = sha256.VerifyDigest( (byte*)byDigest, (const byte *)Message.c_str(), Message.size() );
110
111 delete []byDigest;
112 byDigest = NULL;
113 return Result;
114}
115
116
后記：
為什么寫這篇文章呢？因為筆者在搜索過程中覺得這方面的資料有點分散，因此想把它們集中起來，方便剛剛入門的朋友。
同時，也算是為自己留點學習資料吧。
posted on 2011-08-05 16:37
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